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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA OPERACIONES UNITARIAS II OCTAVO SEMESTRE TRABAJO AUTÓNOMO #4 FECHA:30/12/22

INTEGRANTES APELLIDOS

PRIMER NOMBRE

Villacis Cadena (Coordinador) Chiluiza Rivas Mayor Diaz Vélez Coello Palomeque Palomeque

Josafat Efraín Mirka Brittani Emily Andrea Lía Fernanda Diego Alexander

OBJETIVO: Resolver los siguientes enunciados de extracción Ejercicio 1.- Se desea reducir la concentración de Piridina de 2000 kg de solución acuosa de 50% al 2% en una sola extracción discontinua con Clorobenceno ¿Qué cantidad de solvente se necesita? Y que cantidad de Extracto y Refinado se produce. Capa de H2O(refinado)

Capa de C6H5Cl(extracto)

Piridina 0 11,05 18,95 24,1 28,6 31,55 35,05 40,06 49

Clorobenceno 99,95 88,28 79,9 74,28 69,15 65,58 61 53 37,8

Agua 0,05 0,67 1,15 1,62 2,25 3,87 3,95 6,4 13,2

Piridina 0 5,92 11,05 18,9 25,5 36,1 44,95 53,2 49

Clorobenceno 0,08 0,16 0,24 0,38 0,58 1,85 4,18 8,9 37,8

Alimento (F) 2000 kg Solución Acuosa al 50% de Piridina

Disolvente de Extracción (S) Cloro-Benceno

Agua 99,92 94,82 88,71 80,72 73,92 62,05 50,87 37,9 13,2

Extracto E

𝑿𝑬

Decantador Mezclador

Refinado R

𝑿𝑹 =0.02

Ing. Desireé Álvarez Macías, MSc. 2022-2023 CII

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C=Piridina(C5H5N), A=H2O, B=C6H5Cl

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Para poder resolver este problema debemos primero determinar "𝑋𝑀 " el cual no podemos determinar debido a que no conocemos “S” ya que es la incógnita sin embargo el problema nos proporciona la "𝑋𝑅 " con un valor de 2% o 0.02 esta idea la podemos considerar debido a que el enunciado nos dice que se quiere reducir la concentración de Piridina del 50% al 2% por lo tanto esta última concentración se alcanzara cuando una vez formada las dos fases (Extracto y Refinado) de esta forma ya podremos conocer el valor de "𝑋𝑀 " trazando una línea a partir de 𝑋𝑅 =0.02 que corte la línea principal que parte desde nuestro disolvente de extracción (Cloro-Benceno) hasta la concentración del 50% de Piridina ( Soluto) con una ligera inclinación observando que nuestro valor estará por debajo del 10% y que hay una tendencia de las rectas de reparto aplicando la interpolación de las rectas de reparto la cual nos dará un valor de 𝑋𝑀 = 0.048 y con la Formula de “S” calcularemos la cantidad de Solvente. A. Cantidad de Disolvente de Extracción. 𝑿𝑴 = 𝟎. 𝟎𝟒𝟖 S=

𝑭(𝑿𝑭 −𝑿𝑴 ) 𝑿𝑴

=

𝟐𝟎𝟎𝟎 𝒌𝒈(𝟎.𝟓−𝟎.𝟎𝟒𝟖) 𝟎.𝟎𝟒𝟖

=18833.333 kg

B. Cantidad de Extracto y Refinado. Para determinar la cantidad de Extracto y Refinado primero debemos determinar su composición para luego utilizar las fórmulas respectivas y estas composiciones las podemos determinar del Diagrama considerando lo antes mencionado y la información del problema tenemos que. 𝑿𝑹 = 0.02 𝒚 𝑿𝑬 = 0.051 𝑴𝟏 = 𝐹 + 𝑆1 =2000 kg +18833.333 kg =20833.333 kg 20833.333kgx0.048=999.99 kg de piridina en la mezcla

E1=

𝑀1 (𝑋𝑀1 −𝑋𝑅 ) 20833.333 𝑘𝑔 (0.048−0.02) 𝑋𝐸 −𝑋𝑅

=

0.051−0.02

= 18817.204 kg

18817.204 kg x0.051=959.6774 kg de ácido acético en el extracto 𝑀1 (𝑋𝐸 −𝑋𝑀1 ) 20833.333 𝑘𝑔 (0.051−0.048)

R1=

𝑋𝐸 −𝑋𝑅

=

0.051−0.02

= 2016.129 kg

2016.129 kgx0.02=40.3225 kg de ácido acético en el refinado 𝑅1=𝐹+𝑆1−𝐸1=2000 kg +18833.333 kg-18817.204 kg= 2016.129 kg

Ing. Desireé Álvarez Macías, MSc. 2022-2023 CII

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También podrías realizar una aproximación calculando la cantidad de solvente de extracción mínimo utilizando el método de Alders

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Balance para el Soluto F*𝑋𝐹 +S-min*𝑌𝑆 =Mmin*𝑋𝑀−𝑀𝐼𝑁

S-min*𝑌𝑆 =0 F*𝑋𝐹 = Mmin*𝑋𝑀−𝑀𝐼𝑁

Mmin=𝑋

F∗𝑋𝐹 𝑀−𝑀𝐼𝑁

2000(0.5)

=

0.33

=3030.3030 KG

F+S-min=M-min S-min=M-min-F=3030.3030 kg-2000 kg=1030.3030 kg XM-min=0.33 fue extraído del grafico triangular

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Ejercicio 2.- En un proceso continuo de extracción de una sola etapa se mezclan 50 Kg de agua pura (B) con 50 Kg de una solución de 33% en peso de CH3-COOH (C) y 65% de (CH₃)₂CHCH₂CCH₃ (A). La operación se realiza a 25°C. Determine: a. La composición de ácido acético en la mezcla total y las composiciones de todas las sustancias en las fases de extracto y refinado. A 1,5 1,70 2,50 3,80 6,00 12,20 22,50

Capa de agua (% peso)(Extracto) B C 98,45 0 95,45 2,85 85,80 11,70 75,70 20,50 67,80 26,2 55,00 32,8 42,9 34,60

Capa de (CH₃)₂CHCH₂CCH₃ (% peso)(refinado) A B C 97,88 2,17 0 95,33 2,80 1,87 85,70 5,40 8,90 73,5 9,20 17,30 60,90 14,50 24,60 47,20 22,00 30,80 35,40 31,00 33,60

Alimento (F) 50 kg Solución 33% en peso de CH3-COOH (C) y 65% de (CH₃)₂CHCH₂CCH₃(B)

Extracto E

𝑿𝑬

Disolvente de Extracción (S) 50 kg Agua Pura

Decantador Mezclador Refinado R

𝑿𝑹

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a. La composición de ácido acético en la mezcla total y las composiciones de todas las sustancias en las fases de extracto y refinado. Como datos tenemos: F=50 kg Solución de 35% en peso de CH3-COOH (C) y 65% de (CH₃) ₂CHCH₂CCH₃ (A). S=50 kg de Agua Pura Para poder resolver las incógnitas que nos plantea el ejercicio lo primero que debemos calcular es “𝑿𝑴 " ya que con este valor podemos encontrar “𝑿𝑹 𝑦 𝑿𝑬 " y con estos datos podemos encontrar la solución.

𝐹∗𝑋

50 𝑘𝑔(0.35)

𝑿𝑴 = 𝐹+𝑆𝐹=50 𝑘𝑔+50𝑘𝑔 =0.175 𝟎. 𝟏𝟕𝟓𝒙𝟏𝟎𝟎 𝒌𝒈 = 𝟏𝟕. 𝟓 𝒌𝒈 𝒅𝒆 𝒂𝒄𝒊𝒅𝒐 𝒂𝒄𝒆𝒕𝒊𝒄𝒐 𝒆𝒏 𝒍𝒂 𝒎𝒆𝒛𝒄𝒍𝒂 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 Con este valor procedemos a utilizar el Diagrama Triangular y ubicamos el punto y procedemos a realizar la estimación de las composiciones de 𝑋𝑅 𝑦 𝑋𝐸 las cuales tienen un valor aproximado de 0.148 y 0.183 respectivamente.

𝑿𝑹 = 0.136 𝑿𝑬 = 0.183 𝑿,𝑬 =0.845 𝑿,𝑹 =0.144 𝑴𝟏 = 𝐹 + 𝑆1 = 50 kg +50 kg =100 𝑀1 (𝑋𝑀1 −𝑋𝑅 ) 100𝑘𝑔 (0.175−0.136)

E1=

=

𝑋𝐸 −𝑋𝑅

0.183−0.136

kg

=82.9787 kg

82.9787 kg x0.183=15.1851 kg de ácido acético en el extracto 𝑀1 (𝑋𝐸 −𝑋𝑀1 )

100 𝑘𝑔 (0.183−0.175)

𝑋𝐸 −𝑋𝑅

0.183−0.136

R1=

=

=17.0.21 kg

17.021 kg x0.136=2.3148 kg de ácido acético en el refinado , , 𝐹(𝑋𝐹 −𝑋𝑅 ) 50 𝑘𝑔(0.35−0.144) 𝑬= , , = =14.6932 𝑋𝐸 −𝑋𝑅 0.845−0.144

kg

14.6932 kg x0.845=12.4157 kg ácido acético en el producto extraído 𝑹, = 𝐹 − 𝐸 , =50 kg -14.6932 kg =35.3067 kg 35.3067kgx0.144=5.08415 kg de ácido acético en el producto refinado

Ing. Desireé Álvarez Macías, MSc. 2022-2023 CII

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𝐹∗𝑋

50 𝑘𝑔(0.33)

𝑿𝑴 = 𝐹+𝑆𝐹=50 𝑘𝑔+50𝑘𝑔 =0.165 𝟎. 𝟏𝟔𝟓𝒙𝟏𝟎𝟎 𝒌𝒈 = 𝟏𝟔. 𝟓 𝒌𝒈 𝒅𝒆 𝒂𝒄𝒊𝒅𝒐 𝒂𝒄𝒆𝒕𝒊𝒄𝒐 𝒆𝒏 𝒍𝒂 𝒎𝒆𝒛𝒄𝒍𝒂 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 Con este valor procedemos a utilizar el Diagrama Triangular y ubicamos el punto y procedemos a realizar la estimación de las composiciones de 𝑋𝑅 𝑦 𝑋𝐸 las cuales tienen un valor aproximado de 0.148 y 0.183 respectivamente.

𝑿𝑹 = 0.125 𝑿𝑬 = 0.173 𝑿,𝑬 = 0.825 𝑿,𝑹 = 0.134 𝑴𝟏 = 𝐹 + 𝑆1 = 50 kg +50 kg =100 kg E1=

𝑀1 (𝑋𝑀1 −𝑋𝑅 ) 100𝑘𝑔 (0.165−0.125)

=

𝑋𝐸 −𝑋𝑅

0.173−0.125

=83.333 kg

83.333 kgx0.173=14.4166 kg de ácido acético en el extracto. R1=

𝑀1 (𝑋𝐸 −𝑋𝑀1 )

100 𝑘𝑔 (0.173−0.165)

𝑋𝐸 −𝑋𝑅

0.173−0.125

=

=16.666 kg

16.666 kgx0.125=2.0832 kg de ácido acético en el refinado , , 𝐹(𝑋𝐹 −𝑋𝑅 ) 50 𝑘𝑔(0.33−0.134) 𝑬= , , = =14.1823 𝑋𝐸 −𝑋𝑅 0.825−0.134

kg

14.1823 kgx0.825=11.700 kg de ácido acético en el producto extraído 𝑹, = 𝐹 − 𝐸 , =50 kg -14.1823 kg =35.8176 kg 35.8176 kgx0.134=4.799 kg de ácido acético en el producto refinado

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Ejercicio 3.- 50 Kg de una mezcla de cloroformo – ácido acético saturado con agua a 18°C (composición en peso % CHCl3=83,3; CH3-COOH=14,7 y H2O= 2) se pone en contacto con agua en un contacto sencillo de extracción para reducir la concentración del Ac. Acético desde el 14,7 % hasta el 2%. Calcúlese la cantidad necesaria de agua y la composición de cada una de las fases líquidas separadas en equilibrio. Refinado

Extracto

Alimento (F) 50 kg Solución Saturada 14.7 ,% en peso de CH3-COOH (C) y 83.3% de CHCl3 y 2% H2O

Extracto E

𝑿𝑬

Disolvente de Extracción (S) Agua Pura

Decantador Mezclador

Refinado R

𝑿𝑹 =0.02

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C= CH3-COOH A= CHCl3, B=H2O

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Calcúlese la cantidad necesaria de agua y la composición de cada una de las fases líquidas separadas en equilibrio. Para poder determinar las incógnitas del problemas debemos determinar primero “𝑋𝑀 " para poder calcular la cantidad de Disolvente de extracción necesaria pero se nos presenta un problema en el que no podemos encontrar directamente el valor de “𝑿𝑴 " por lo que debemos recurrir a otro método diferente a la formula que nos permita aproximar este valor para ello utilizaremos la interpolación de las líneas de reparto para encontrar la línea de tendencia (Línea roja en el gráfico) y poder trazar la recta y encontrar "𝑿𝑹 , 𝑿𝑬 , 𝑿𝑴 " los cuales tiene un valor aproximado de :

𝑿𝑴 = 0.060 𝑿𝑹 = 0.02 (nos proporciona el problema) 𝑿𝑬 = 0.082 Con los valores de las composiciones podemos determinar las respectivas cantidades aplicando las fórmulas y considerando los datos que nos proporciona el ejercicio los cuales son:

F=50kg

S=

𝐹(𝑋𝐹 −𝑋𝑀 )

50 𝑘𝑔(0.147−0.060)

𝑋𝑀

0.060

=

=72.5 kg

𝑴𝟏 = 𝐹 + 𝑆1 =50 kg +72.5 kg =122.5 kg 122.5 kg x0.060=7.35 kg de ácido acético en la mezcla E1=

𝑀1 (𝑋𝑀1 −𝑋𝑅 ) 122.5𝑘𝑔 (0.060−0.02) 𝑋𝐸 −𝑋𝑅

=

0.082−0.02

=79.0322 kg

79.0322 kg x=0.082=6.48064 kg de ácido acético en el extracto R1=F+S-E1=50 kg+ 72.5 kg -79.0322 kg = 43.4678 kg 43.4678 kg x0.02=0.8693 kg de ácido acético en el refinado

Ing. Desireé Álvarez Macías, MSc. 2022-2023 CII

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Podríamos considerar el cálculo del solvente mínimo para verificar evaluar nuestra respuesta utilizando el método de Alders

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Balance para el Soluto F*𝑋𝐹 +S-min*𝑌𝑆 =Mmin*𝑋𝑀−𝑀𝐼𝑁

S-min*𝑌𝑆 =0 F*𝑋𝐹 = Mmin*𝑋𝑀−𝑀𝐼𝑁

Mmin=𝑋

F∗𝑋𝐹 𝑀−𝑀𝐼𝑁

50(0.147)

=

0.13

=56.538 KG

F+S-min=M-min S-min=M-min-F=56.538 kg-50 kg=6.538 kg XM-min=0.13 fue extraído del grafico triangular

Ing. Desireé Álvarez Macías, MSc. 2022-2023 CII